CALCIUMCARBONAT: STRUKTUR, EGENSKABER, DANNELSE, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den calciumcarbonat er en uorganisk forbindelse, hvis kemiske formel er CaCO ₃. Det findes hovedsageligt i mineraler som kalsit og aragonit. Det udgør også kalksten, en sedimentær klippe, i hvilken mineralkalsitten er til stede.

Dette vigtige metalliske carbonat opnås industrielt ved hjælp af ekstraktion og formaling af mineraler, der indeholder det; marmor bruges hovedsageligt til dette formål. En anden proces ligger i brugen af ​​calciumoxid, der omdannes til calciumhydroxid, hvorved calciumcarbonat udfældes ved tilsætning af kuldioxid. På denne måde opnås krystaller med et stort antal størrelser.

Skal af snegle består hovedsageligt af calciumcarbonat. Kilde: Pixabay.

Muslingeskaller, æggeskaller og østersskaller, hvori den er til stede, kan også bruges til industriel produktion af CaCO ₃ i mindre skala.

Calciumcarbonatet, der er til stede i kalksten, opløses af kuldioxid i vandet og frembringer calciumhydrogencarbonat. Denne handling kan forårsage huler og er en årsag til alkalisering af vandet; begivenhed af stor betydning i vedligeholdelsen af ​​livet i det.

Det er blevet brugt til konstruktion og udarbejdelse af skulpturer; eksempler på dette er Parthenon i Athen, Krakow-katedralen og skulpturen af ​​Abraham Lincoln i Washington. Imidlertid har dens følsomhed for surt regn reduceret brugen i konstruktionen.

Calciumcarbonat har haft flere anvendelser i industrien som et plast- og papirpåfyldningsmateriale. I medicinen er det blevet brugt til at kontrollere gastrisk surhed; som et diætkalsiumtilskud; til kontrol af phosphatæmi hos patienter med kronisk nyresvigt osv.

Struktur

CaCO3 krystalstruktur repræsenteret med en rumlig fyldningsmodel. Kilde: CCoil

Formlen for calciumcarbonat, CaCO ₃, indikerer, at forholdet mellem Ca ^{2+ til} CO ₃ ^2- ioner er 1: 1; dvs. for hver Ca ²⁺ der er en modpart CO ₃ ^2- interagere elektrostatisk med den. Således ender den ioniske binding med at arrangere disse ioner til at danne strukturelle mønstre, der definerer en krystal.

Det øverste billede viser strukturen af ​​CaCO ₃. De grønne kugler svarer til Ca ²⁺ kationerne, og de røde og sorte kugler til CO ₃ ^2- anionerne. Bemærk, at strukturen ser ud til at være sammensat af flere lag: det ene af calcium og det andet af carbonat; hvilket betyder, at det krystalliserer til en kompakt hexagonal struktur.

Denne hexagonale fase (β-CaCO ₃) svarer til en polymorf. Der er to andre: orthorhombic (λ-CaCO ₃) og en endnu mere tæt hexagonal (μ-CaCO ₃). Billedet herunder hjælper med til bedre visualisering af den glade sekskant:

Hexagonal struktur af kalsit. Materialscientist på engelsk Wikipedia

Afhængigt af temperaturen (og for dette salt i mindre grad trykket) justeres ioner i deres vibrationer imidlertid til andre strukturer; dette er de allerede nævnte polymorfer (β, λ og μ).

Når de lyder, er de ikke særlig kendte, medmindre de nævnes med deres mineralogiske navne i en fremtidig sektion.

Proteinhårdhed

CaCO _3- krystaller er ikke alene: de kan være vært for urenheder, såsom andre metalkationer, der farver dem; eller proteiner, der indeholder en organisk matrix, der på en eller anden måde bidrager til dens naturlige hårdhed.

Proteiner reducerer den spænding, som krystaller oplever mod hinanden under pres eller påvirkning. Hvordan? Når du klemmer mellem ruderne, fungerer det som om det var en "pude" (svarende til mursten-cement-mursten).

Derfor er denne forbindelse eller mineral biokompatibelt, og det er ikke overraskende, at det er en del af negle, muslingeskaller, skaller eller knogler af pindsvin. Det har været en kilde til inspiration for dem, der er dedikeret til at udvikle nye materialer.

Ejendomme

Andre navne

-Aragonite

-Calcite

-Volterito

-Calciummælk

-Tavle

-Marmor

Molar masse

100,086 g / mol.

Fysisk beskrivelse

Lugtfrit hvidt pulver.

Smag

Kridtlignende, smagløs.

Smelte- og kogepunkter

Det nedbrydes, fordi det frigiver CO _2, inden det selv smelter eller koger.

Opløselighed

Praktisk uopløselig i vand og alkohol. Det opløses brusende i fortyndet eddikesyre og saltsyrer. Hydroxider reducerer imidlertid dets opløselighed. I mellemtiden øger ammoniumsalte og kuldioxid opløseligheden af ​​calciumcarbonat i vand.

Massefylde

2,7-2,95 g / cm ³.

nedbrydning

Omkring 825 ºC nedbrydes det til calciumoxid (kalk) og kuldioxid (CO ₂).

pH

8 til 9

Brydningsindeks

-1,77216 ved 300 nm og 1,6584 ved 589 nm (kalsit).

-1,5145 ved 300 nm og 1,4864 ved 589 nm (aragonit).

Uforligeligheder

Med syrer, alun og ammoniumsalte.

Enthalpy af fusion

36 kJ / mol ved 800 ° C (calcit).

Opløselighedskonstant konstant

3,36 · ^10-9 ved 25 ° C.

Hårdhed

-3,0 (kalsit)

-3,5 - 4,0 (aragonit) i Mohs-skalaen.

Faseovergange

Aragonit er metastabil og skifter irreversibelt til kalsit, når den opvarmes i tør luft ved 400 ° C.

Reaktivitet

Calciumcarbonat reagerer med syrer og frigiver kuldioxid, ionisk calcium og vand.

Calciumcarbonat kombineres med vand mættet med kuldioxid, svarende til kulsyre (H ₂ CO ₃) til dannelse af calciumhydrogencarbonat.

Uddannelse

Kridt, marmor og kalksten, de to første mineraler og et stenet materiale, det tredje, indeholder calciumcarbonat og er af sedimentær oprindelse.De menes at være dannet af sedimentering af snegle gennem millioner af år.

PH-værdien kan være den vigtigste faktor i dannelsen af ​​polymorfer ved en temperatur på 24 ° C. Vaterite er hovedproduktet i et pH-område mellem 8,5 og 10; aragonit er ved pH 11; og kalsit ved pH> 12.

Det er også kendt, at mange ferskvandsalger bygger kalcitkrystaller, når de dyrkes i et calciummættet miljø. Yderligere er mikroalger i stand til at forårsage udfældning af calciumcarbonat.

Former af calciumcarbonat

Billederne nedenfor viser de tre hovedformer eller polymorfer for calciumcarbonat:

Kalsitkrystall. Kilde: Forælder Géry

Aragonit krystal. Kilde: Battistini Riccardo

Vateritkrystaller. Kilde: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Fra top til bund er polymorfene kalsit, aragonit og vaterit. Bemærk ved første øjekast forskellen mellem morfologien i dets krystaller (farven er typisk for dens oprindelse og egenskaber i omgivelserne).

Vaterite er mere uigennemsigtig end kalsit, sidstnævnte bliver endda fuldstændig gennemsigtig (islandsk spar) og er derfor blevet brugt i smykker og optiske applikationer. I mellemtiden ligner aragonitkrystallerne små aflange monolitter.

Hvis der observeres prøver af disse tre polymorfer under det elektroniske mikroskop, deres krystaller (med gråtoner på grund af det faktum, at teknikken ikke tillader farveopløsning), ville de samme morfologier findes som i makroskopiske skalaer; det vil sige med det blotte øje.

Blandt disse tre polymorfer er kalsit den mest rigelige og stabile efterfulgt af aragonit og sidst vaterit, den sjældneste af formerne af CaCO ₃

Applikationer

Industriel

Calciumcarbonat øger modstanden mod torsion og trækkraft af syntetisk og naturgummi og bevarer dens fleksibilitet. Det bruges i byggebranchen som en ingrediens i cement og som et råmateriale til kalk. Dets brug er reduceret, fordi det er beskadiget af surt regn.

Calciumcarbonat bruges til rensning af jern. I form af kalk fjerner det svovldioxid, der findes i metallet. Det bruges til oprensning af sukker fra roer. Det blev engang brugt som tavletalk, men er blevet erstattet af gips til denne anvendelse.

Calciumcarbonatet blandes med den spartel, der bruges til installation af glas. Jorden bruges som fyldstof i den mikroporøse film, der bruges i bleer. Det bruges også som fyldmateriale i plast såsom PVC. Derudover øger det plastens styrke.

Calciumcarbonat bruges til at øge dækningskapaciteten for maling. Det bruges som påfyldningsmateriale til papir, fordi det er billigere end træfiber og kan udgøre mere end 10% af papiret.

Læger

Det bruges som et antacida til at bekæmpe gastrisk hyperaciditet og lindre fordøjelsesbesvær. Det bruges som et diætkalktilskud og til behandling og forebyggelse af osteoporose. Det bruges til behandling af hyperphosphatemia hos patienter med kronisk nyresvigt.

Det er blevet brugt til at reducere de uønskede virkninger af proteaseinhibitorer, der er brugt til behandling af HIV, med en reduktion i diarré, der blev observeret hos patienter.

Det producerer et fald i blodtrykket hos gravide kvinder med hypertension og præeklampsi, da begge kan være forbundet med et øget efterspørgsel efter calcium på grund af føtalets tilstedeværelse.

Andre

Calciumcarbonat bruges i landbruget som gødning og til bekæmpelse af surhedsgrad i jorden. Det bruges som konserveringsmiddel, bevarer farve og opstrammende mad.

Derudover er det en ingrediens i tandpasta og fungerer som et slibemiddel i pulverform til rengøring og vask.

Referencer

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Calciumcarbonat. Gendannet fra: en.wikipedia.org
3. National Center for Biotechnology Information. (2019). Calciumcarbonat. PubChem-database., CID = 10112. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Kai-Yin Chong, Chin-Hua Chia og Sarani Zakaria. (2014). Polymorf kalciumkarbonat ved temperaturreaktion. AIP-konferenceprocedurer 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. Greg Watry. (1. november 2016). Opdager, hvordan kalciumkarbonatkrystaller får styrke. Fordel Erhvervsmarkedsføring. Gendannes fra: rdmag.com
6. Amerikanske elementer. (2019). Calciumcarbonat. Gendannes fra: americanelements.com
7. Elsevier. (2019). Calciumcarbonat. ScienceDirect. Gendannes fra: sciencedirect.com
8. Kemisk bog. (2017). Calciumcarbonat. Gendannes fra: Chemicalbook.com